[原创] 超低功耗蓝牙应该怎么玩？
2022-02-10
14:00:34
来源: 半导体行业观察
因为物联网的火热，尤其是电池供电产品的严格功耗需求，全球对低功耗芯片的追求已经到达了极致。来到无线芯片方面，作为物联网的核心组成，产业界围绕其进行的低功耗竞争更是将产业的这种趋势体现的淋漓尽致。
成立于2016年的Atmosic公司正是这个赛道上的一个卓越玩家。
据该公司营销及业务拓展副总裁Srinvas Pattamatta介绍，Atmosic Technologies是一家创新型无晶圆厂半导体公司，专注于设计超低功耗无线技术和能量收集解决方案，以显著减少和消除设备对电池的依赖性，从而实现永久续航和无电池物联网的发展。其推出的第一代产品ATM2和ATM3已经被应用于不同的场景中，并取得了突破性的进展。这也帮助他们在早前获得了由风险投资公司Sutter Hill Ventures领投的7200万美元新一轮融资。
Srinvas Pattamatta表示，公司之所以能够在芯片上拥有如此出色的功耗表现，主要得益于公司所具备的低功耗射频、射频唤醒和受控能量收集三项基础技术。
首先看Atmosic拥有独家专利，没有使用任何其他第三方机构授权技术的超低功耗技术。正是由于这项技术，Atmosic芯片本身的功耗就可以做到非常低。而能量收集技术则与超低功耗技术相辅相成，保证所有产品在非常低功耗的情况下运行，以此来延长电池使用寿命，甚至在某些情况下彻底摆脱电池的限制。
其次，包括无需MCU感知操作在内的射频信号按需唤醒则是Atmosic所拥有的另一项基础技术。
据介绍，在IoT设备和使用场景中，很多设备需要通过蓝牙等无线技术连接到网络。不过在传感器进行芯片读写时，很多其他芯片需要被完全唤醒，没有任何睡眠的部分。但Atmosic的技术则允许传感器可以直接将所有的数据写入蓝牙芯片，而不需要唤醒整个芯片，大幅节省所需的功耗。
据了解，该技术可以让芯片的全部模块进入睡眠模式，只有在接收到特殊的数据包之后才会被唤醒。“任何人都可以对这些特殊数据包进行预编程，并且可以从任何形式的任何笔记本电脑、接入点或平板电脑发送。”Srinvas Pattamatta强调。
受控能量收集则是Atmosic的又一基础技术，在这种技术的支持下，公司芯片可以从包括射频、光能以及动能在内的多种环境光源获取能量。将其与公司超低功耗技术结合，则可以实现更加好的永久续航以及无需电池的应用场景和能力。
基于这样的技术积累，Atmosic的第一代产品ATM2和ATM3已经被应用于不同的场景中，并取得了突破性的进展。光是在在过去一年，公司业务就大幅增长，出货量增长10倍，客户群扩大500%。日前，公司更是带来了新一代的ATM33系列，以更高性能、低功耗的产品向更多市场扩张。
Srinvas Pattamatta指出，随着市场的发展，Atmosic面临的需求也越来越高。如客户希望设备具有更强的处理能力，更多的功能（如安全和定位、寻向功能）。但客户在获得这些功能的同时，还想保持产品的低功耗运行，以此延长产品的电池使用寿命。
“所以随着市场进一步发展成熟，我们已经进入到了发展的第二个阶段。在这个全新的阶段，我们的产品进一步迭代和延伸，可以应用于家居智能设备传感器、血糖监测仪、可穿戴设备以及寻向设备等更多领域。所有这些新的应用都对处理能力有着更高的要求。”Srinvas Pattamatta告诉记者。
这也是Atmosic推出ATM33系列蓝牙5.3高性能片上系统（SoC）产品的原因。
得益于公司在上一代产品ATM2和ATM3上取得的成功，Atmosic将一些共同的技术基础沿用到了ATM33系列产品上。当中包括了超低功耗和受控能量收集。据介绍，新芯片可以收集的能量来源包括了光能，射频、热能以及机械能等几种选择。Atmosic同时还在芯片的系统层面做了大幅的优化和升级：当中包括无需MCU感知功能的升級, 以及射频信号按需唤醒。
借助这种升级，Atmosic在新芯片上进一步延长了电池的使用寿命，甚至实现无需电池的应用环境。
具体到参数方面，如上图所示，ATM33集成了功耗优化的ARM® Cortex® M33F处理器，工作频率可达64MHz。并支持ARM TrustZone®，可提供强大的系统安全性。采用了嵌入式非易失性存储器（NVM）也让该系列增色不少。新产品还拥有更高的能量收集效率，更宽的能量收集输入范围、更低的冷启动电压，并支持锂离子电池和低功耗语音处理。
此外，Atmosic Sensor Hub还支持无CPU操作，即使在深度睡眠状态下，SoC也能执行传感器运作支援功能，如访问内存和传输信标等。同时，该芯片系列还具备了更高的发射功率，可以让芯片以更高的功率进行信号传输。“全新的ATM33系列支持AoA以及AoD的室内定位技术，主要是用于资产跟踪和寻向。不仅如此，我们对光伏和射频能量收集器也进行了增强，希望能够支持不同类型的光伏能量收集器，以及进一步扩大能够接收的射频能量输入范围。”Srinvas Pattamatta补充说。
得益于这样的设计，新芯片在无线功耗上表现优越，据介绍，其接收端低至电流0.7mA，功率-97dBm，传输端电流2.1mA，功率0dBm。同时，接收灵敏度达到-97dBm，结合+10dBm的发射输出，可以覆盖更高的范围，同时实现不错的穿墙效果。
为了满足更多设计需求，ATM33系列产品还提供了两款选择，分别是ATM3330e和ATM3330，其中前者支持能量收集功能，后者不支持。此外，ATM33系列还提供了三种封装方式：5x5 40引脚QFN、7x7 56引脚QFN，以及面向极小体积应用的晶圆级芯片规模封装(WLCSP)。
如下图所示，这系列芯片能够为多个应用提供卓越的支持。
在与Srinvas Pattamatta的交流中他表示，除了蓝牙之外，Atmosic的低功耗设计也可以用在其他的无线技术上。但Atmosic目前对蓝牙市场以及它的发展前景还是非常看好的，也会将所有的精力都专注在蓝牙市场上。但他同时也强调，公司会实时地监测市场上其他无线技术未来的发展动向。
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